【五軸機(jī)床后置處理技術(shù)探究14000字（論文）】

五軸機(jī)床后置處理技術(shù)研究目錄TOC\o"1-3"\h\u92561.緒論 533231.1研究背景及意義 586671.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 617601.2.1五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)建模的研究 6306721.2.2五軸機(jī)床后置處理及轉(zhuǎn)角求解的研究 7256561.2.3五軸機(jī)床工作空間的研究 8173582.基于多體系統(tǒng)的五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)通用建模 9203052.1基于工件坐標(biāo)系的五軸機(jī)床分類 991942.2多體系統(tǒng)描述的基本方法 1179132.3多體系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其低序體陣列描述 11268753.擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床后置算法 13105644.五軸聯(lián)動(dòng)后置處理的編寫與驗(yàn)證 15240274.1任務(wù)的來(lái)源 15115044.2UCP710post開發(fā)的過(guò)程 15208795.軸數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)位置測(cè)定與加工設(shè)置 28258025.1五軸加工設(shè)置內(nèi)容介紹 28173515.2旋轉(zhuǎn)軸與直線軸的位置偏置 28186805.3五軸加工功能刀具中心點(diǎn)控制(RTCP) 30200596.總結(jié)與展望 33197086.1工作總結(jié) 33316636.2研究展望 3411014參考文獻(xiàn) 361.緒論1.1研究背景及意義以五軸機(jī)床為載體的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工是一種高效率、高精度及高柔性的自動(dòng)化加工方法，屬于先進(jìn)制造技術(shù)(AMT)的范疇。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)及精密加工等技術(shù)于一體，可以有效地解決復(fù)雜、精密及小批量多品種零件的加工問(wèn)題，充分適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。五軸機(jī)床已廣泛應(yīng)用于航空航天、精密儀器等行業(yè)，是加工大型薄壁件、整體葉輪葉片、精密光學(xué)零件的重要裝備，能極大地提高加工效率和加工質(zhì)量。數(shù)控加工的實(shí)質(zhì)就是機(jī)床通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制各運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)加工。而輸入到數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控代碼絕大部分是通過(guò)自動(dòng)編程的后置處理得到的。自動(dòng)編程的前置處理部分按照規(guī)劃的工藝生成包含工件坐標(biāo)系下刀具位置和姿態(tài)等信息的刀位文件，后置處理的主要任務(wù)是代碼編譯和機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)量求解。機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)求解和控制的基礎(chǔ)。同時(shí)在機(jī)床的進(jìn)給速度控制、加工精度控制、機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償?shù)确矫娑家褂脵C(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。五軸機(jī)床一般是在三個(gè)平動(dòng)軸的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，因此與三軸機(jī)床相比，雖然五軸聯(lián)動(dòng)加工可以提供豐富的刀具路徑規(guī)劃策略，但五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)變得復(fù)雜，機(jī)床坐標(biāo)系下無(wú)法直觀想象刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和平動(dòng)軸有多種布置方式，所以五軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)也變得多樣。因此尋求一種具有通用性、可移植性及程式化的五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法，并能夠應(yīng)用到機(jī)床的設(shè)計(jì)、分析、裝配、控制及制造等過(guò)程中，對(duì)五軸機(jī)床的開發(fā)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義及應(yīng)用價(jià)值。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)建模的研究五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)模型給出了機(jī)床各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)量與刀具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系下的刀具位置和姿態(tài)表達(dá)的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行后置處理、進(jìn)給速度控制等工作。國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從以下角度出發(fā)來(lái)描述機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)建模過(guò)程和方法:機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)器人學(xué)、多體系統(tǒng)。任意結(jié)構(gòu)的機(jī)床都可以看作是由一系列的運(yùn)動(dòng)副和關(guān)節(jié)組成的運(yùn)動(dòng)鏈。因此五軸機(jī)床也可看作一個(gè)空間機(jī)構(gòu)，可以采用機(jī)構(gòu)學(xué)來(lái)描述五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。Takeuchi,Lee,She，彭芳瑜，鄭鷹默，李永橋等學(xué)者從機(jī)構(gòu)學(xué)角度出發(fā)，或者針對(duì)具體結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床，或者針對(duì)結(jié)構(gòu)相似的一類五軸機(jī)床這種分類處理的方式，利用齊次坐標(biāo)變換矩陣表示機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)，在此基礎(chǔ)上建立機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。何耀雄等采用機(jī)構(gòu)學(xué)方法對(duì)機(jī)床的型和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了分析和表達(dá)，給出了任意結(jié)構(gòu)機(jī)床(串聯(lián)形式)的機(jī)構(gòu)模型綜合表達(dá)式，結(jié)合坐標(biāo)變換得到了任意結(jié)構(gòu)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)模型表達(dá)式。但是機(jī)床的機(jī)構(gòu)模型將機(jī)床機(jī)構(gòu)分為兩條運(yùn)動(dòng)鏈，這就導(dǎo)致建模過(guò)程需要區(qū)分兩條運(yùn)動(dòng)鏈的型數(shù)目。同時(shí)以上研究均假定機(jī)床機(jī)構(gòu)的所有的坐標(biāo)系均與機(jī)床坐標(biāo)系平行，增加了表示非正交形式運(yùn)動(dòng)軸的幾何誤差等固有誤差的難度。Mahbubur，陳則仕等學(xué)者從機(jī)器人學(xué)角度將五軸機(jī)床類比為機(jī)械手，指出同為開鏈串聯(lián)結(jié)構(gòu)，五軸機(jī)床只是末端執(zhí)行器為刀具，基座為安裝在工作臺(tái)上的工件，而機(jī)床床身為機(jī)床串聯(lián)連桿中的一個(gè)連桿。并運(yùn)用機(jī)器人學(xué)中經(jīng)典的D-H法，針對(duì)具體結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床，得到機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。雖然方法是通用的，但是模型不具有通用性。多體系統(tǒng)是對(duì)一般機(jī)械系統(tǒng)的完整抽象和有效描述。目前多體系統(tǒng)理論已經(jīng)大量應(yīng)用于機(jī)床誤差分析建模中。在這些研究中，多體系統(tǒng)理論提供了一套通用的建模方法，但是均未給出通用的機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。1.2.2五軸機(jī)床后置處理及轉(zhuǎn)角求解的研究后置處理作為自動(dòng)編程的一部分，是連接計(jì)算機(jī)輔助制造((CAM)系統(tǒng)和數(shù)控((CNC)系統(tǒng)的橋梁。如前所述，其主要任務(wù)是將前置刀位文件轉(zhuǎn)化為數(shù)控程序，涉及代碼編譯和各軸運(yùn)動(dòng)量計(jì)算。五軸機(jī)床后置處理中還可以集成進(jìn)給速度控制、非線性誤差控制及精度控制等算法。由于各類CAD/CAM軟件前置刀位文件格式不統(tǒng)一、機(jī)床結(jié)構(gòu)形式及數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，因此截至目前尚未有針對(duì)任意機(jī)床的后置處理器。國(guó)內(nèi)外企業(yè)和學(xué)者針對(duì)后置處理(器)做了大量的研究和開發(fā)，已經(jīng)形成較為完善的體系。國(guó)外一些大型CAD/CAM軟件廠商在其CAM系統(tǒng)中提供了后置處理模塊，用戶可以通過(guò)交互式的方式針對(duì)指定類型的機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，后置處理器根據(jù)設(shè)置來(lái)生成機(jī)床的數(shù)控程序，如UG的PostBuilder,PROIE的NCPOST及MasterCAM的pst等。還有一些CAD/CAM軟件捆綁了專業(yè)后置處理軟件，如Cimatron采用了ImsPost,CATIA可以采用ImsPost或者Cnet等。除此之外還有獨(dú)立的后置處理系統(tǒng)，如加拿大的Cam-Post，可以支持較多的機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)，用戶可以通過(guò)二次開發(fā)修改其提供的機(jī)床數(shù)據(jù)庫(kù)模版以完成后置處理。以上這些軟件可以對(duì)常見的五軸機(jī)床進(jìn)行后置處理。國(guó)內(nèi)針對(duì)機(jī)床的后置處理研究及開發(fā)，主要分為專用性和通用性兩類。前者是指針對(duì)具體的機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)，使用高級(jí)編程語(yǔ)言開發(fā)滿足實(shí)際需要的后置處理器。這種方式高效靈活，可以較為便捷地實(shí)現(xiàn)新的算法和功能。對(duì)于通用的后置處理系統(tǒng)，其要求輸入標(biāo)準(zhǔn)格式的刀位文件，結(jié)合機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)特性文件，輸出符合要求的數(shù)控程序。華中科技大學(xué)的HUSTCADM系統(tǒng)及南京航空航天大學(xué)的超人CAD/CAM系統(tǒng)是典型的代表，具有了較好的通用性和可靠性，但是均未能走向商業(yè)化。運(yùn)動(dòng)量求解是五軸機(jī)床后置處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前五軸機(jī)床的CNC系統(tǒng)一般具有刀具旋轉(zhuǎn)中心編程(RTCP)或工件旋轉(zhuǎn)中心編程(RPCP)功能，所以運(yùn)動(dòng)量求解的關(guān)鍵是根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)和限制條件，求解轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。針對(duì)五軸機(jī)床的后置轉(zhuǎn)角求解，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究。Lee利用齊次坐標(biāo)變換矩陣描述機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)，推導(dǎo)給出了3類典型結(jié)構(gòu)五軸機(jī)床的轉(zhuǎn)角求解逆運(yùn)動(dòng)學(xué)公式。She等f(wàn)5l(61f71根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的分布，推導(dǎo)給出了多種正交和非正交結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床轉(zhuǎn)角求解逆運(yùn)動(dòng)學(xué)公式。Yun等針對(duì)由兩平動(dòng)三轉(zhuǎn)動(dòng)組成的五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)方程的非線性，采用幾何法給出了轉(zhuǎn)角求解方法。彭芳瑜等針對(duì)七軸聯(lián)動(dòng)車銑機(jī)床的后置處理，考慮了聯(lián)動(dòng)軸配置及轉(zhuǎn)動(dòng)軸大角度轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題，給出了若干條件下的轉(zhuǎn)角求解方法。左曉明等針對(duì)非正交式雙轉(zhuǎn)臺(tái)加工中心的定位銑削過(guò)程，采用幾何分析給出了機(jī)床的轉(zhuǎn)角求解公式。以上研究給出的轉(zhuǎn)角求解理論公式在一定條件下滿足了常規(guī)機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工藝性能要求。但是對(duì)于含有C轉(zhuǎn)工作臺(tái)的五軸機(jī)床，由于另一轉(zhuǎn)動(dòng)軸的行程一般為非對(duì)稱區(qū)間，因此由理論公式求解的轉(zhuǎn)角可能會(huì)造成該轉(zhuǎn)動(dòng)軸產(chǎn)生“相位反轉(zhuǎn)過(guò)程”并使C轉(zhuǎn)工作臺(tái)大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)，造成加工不連續(xù)及發(fā)生干涉。針對(duì)該問(wèn)題，提出了通過(guò)增加提刀等過(guò)程避免發(fā)生干涉的方法。文獻(xiàn)結(jié)合后置處理旋轉(zhuǎn)角度雙解問(wèn)題，通過(guò)合理選擇旋轉(zhuǎn)角度避免轉(zhuǎn)動(dòng)軸產(chǎn)生“相位反轉(zhuǎn)過(guò)程”，防止發(fā)生干涉。但是由于C轉(zhuǎn)工作臺(tái)行程均被限制在某一范圍內(nèi)(符合常規(guī)機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能限制條件)，因此由理論公式求解的相鄰的C角可能會(huì)產(chǎn)生跳變，使得C轉(zhuǎn)工作臺(tái)大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致干涉。雖然也可以通過(guò)提刀避免該情況的發(fā)生，但是提刀過(guò)程會(huì)降低加工效率，影響提刀處的加工質(zhì)量并導(dǎo)致加工不連續(xù)。近年來(lái)隨著機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，五軸機(jī)床軟硬件的性能有了顯著提高，C轉(zhuǎn)工作臺(tái)的行程已由過(guò)去某個(gè)限定范圍擴(kuò)展為無(wú)限范圍(X3600)。而上述研究求解的轉(zhuǎn)角范圍有限，未能充分發(fā)揮機(jī)床C轉(zhuǎn)工作臺(tái)的性能。1.2.3五軸機(jī)床工作空間的研究工作空間這一概念最早出現(xiàn)在機(jī)器人領(lǐng)域，是指機(jī)器人不同關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所達(dá)到的末端執(zhí)行器的所有位置的集合，它是評(píng)價(jià)機(jī)器人工作性能的指標(biāo)之一。目前己經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、工程機(jī)械、并串聯(lián)機(jī)床等眾多領(lǐng)域機(jī)械系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中。對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的工作空間的求解方法主要有解析法、幾何法及數(shù)值法。解析法是通過(guò)多次包絡(luò)來(lái)確定工作空間邊界，但其直觀性不強(qiáng)，過(guò)程較為繁瑣，一般適用于關(guān)節(jié)數(shù)目較少的機(jī)械系統(tǒng)。而幾何法求解得到的工作空間邊界，得到的是工作空間的各類剖截面或剖截線，直觀性好，但也受到關(guān)節(jié)數(shù)目的影響，當(dāng)數(shù)目較多時(shí)，需要進(jìn)行分組處理。數(shù)值法以極值理論和優(yōu)化方法為基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)工作空間邊界曲面的特征點(diǎn)，進(jìn)而得到邊界曲線、曲面。由于數(shù)值法簡(jiǎn)單且適用于工程問(wèn)題，因此研究和應(yīng)用較多。根據(jù)前文的總結(jié)，五軸機(jī)床也可看作一種機(jī)械手，相對(duì)與三軸機(jī)床的工作空間為一規(guī)則的立方體，五軸機(jī)床因?yàn)樵黾恿藘蓚€(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，尤其當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，若選擇工件坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，刀具可以實(shí)現(xiàn)的位置和姿態(tài)得到了擴(kuò)展。因此分析五軸機(jī)床刀具的工作空間可以為機(jī)床的設(shè)計(jì)、加工可行性分析及工件位姿調(diào)整提供參考。2.基于多體系統(tǒng)的五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)通用建模2.1基于工件坐標(biāo)系的五軸機(jī)床分類從剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度分析，刀具作為一個(gè)剛體，相對(duì)于工件具有六個(gè)自由度。但是在加工過(guò)程中，主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，因此刀具作為回轉(zhuǎn)體，通過(guò)其旋轉(zhuǎn)軸線上的一點(diǎn)及旋轉(zhuǎn)軸線矢量即可確定刀具相對(duì)于工件的位置。又根據(jù)空間任意矢量可以通過(guò)已知矢量至多繞兩個(gè)坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)得到，因此加工任意構(gòu)型的零件，理論上刀具相對(duì)于工件至少需要五個(gè)獨(dú)立的自由度。因?yàn)楠?dú)立的平動(dòng)數(shù)目最多為三個(gè)，因此五軸機(jī)床可以有如下四種組合:(1)三個(gè)平動(dòng)加兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng);(2)兩個(gè)平動(dòng)加三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng);(3)一個(gè)平動(dòng)加四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng);(4)五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。但是考慮到機(jī)床的結(jié)構(gòu)、剛度、用途等因素，目前通用的五軸機(jī)床以三個(gè)平動(dòng)加兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)類型為主。本文的研究對(duì)象即為這種類型的五軸機(jī)床。五軸機(jī)床中增加的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸使得在工件各個(gè)方向上，刀具理論上可以以任意刀軸姿態(tài)運(yùn)動(dòng)到任意位置。因此五軸聯(lián)動(dòng)加工較三軸聯(lián)動(dòng)加工有明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。由于機(jī)床種類繁多、配置各異，任意選取和定義坐標(biāo)系會(huì)給編程、數(shù)控系統(tǒng)的控制帶來(lái)不便，因此需要統(tǒng)一規(guī)定機(jī)床坐標(biāo)軸名稱及運(yùn)動(dòng)的正負(fù)方向，這樣可使數(shù)控編程簡(jiǎn)單方便，并使所編程序?qū)ν活愋蜋C(jī)床具有互換性。我國(guó)現(xiàn)行的JB3051-99《數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向的命名》標(biāo)準(zhǔn)給了詳細(xì)的規(guī)定。從編制數(shù)控加工程序到機(jī)床上實(shí)際加工，五軸機(jī)床上主要涉及如下坐標(biāo)系:機(jī)床坐標(biāo)系:機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，是用來(lái)確定工件坐標(biāo)系的基本坐標(biāo)系，是確定刀具和工件位置的參考系，其原點(diǎn)建立在機(jī)床原點(diǎn)上。機(jī)床坐標(biāo)系及下述坐標(biāo)系均為符合右手定則的直角笛卡爾坐標(biāo)系;(2)工件坐標(biāo)系:同編程坐標(biāo)系，即編制數(shù)控加工程序時(shí)使用的坐標(biāo)系。前置刀位文件中給出的即是工件坐標(biāo)系下的刀具位置和姿態(tài)等信息。編程人員可以根據(jù)具體情況確定工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。被加工工件裝夾在機(jī)床時(shí)，工件坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的方向應(yīng)與機(jī)床坐標(biāo)系一致并且與之有確定的尺寸關(guān)系;加工坐標(biāo)系:以確定的加工原點(diǎn)為基準(zhǔn)所建立的坐標(biāo)系。加工原點(diǎn)也稱程序原點(diǎn)，通過(guò)設(shè)置使加工原點(diǎn)與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，加工坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的方向也與機(jī)床坐標(biāo)系一致。根據(jù)五軸機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)軸能否做超過(guò)360°的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸可分別稱為擺動(dòng)軸(轉(zhuǎn)動(dòng)一般不超過(guò)360°且?guī)?dòng)刀具旋轉(zhuǎn))和回轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn)動(dòng)一般可超過(guò)360°且?guī)?dòng)工件旋轉(zhuǎn))。五軸機(jī)床的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以帶動(dòng)刀具或者帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，因此根據(jù)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的布置形式，五軸機(jī)床分為三種基本類型:刀具雙擺動(dòng)、工作臺(tái)雙回轉(zhuǎn)、刀具擺動(dòng)與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)。該種分類方法中從機(jī)床坐標(biāo)系出發(fā)，將運(yùn)動(dòng)軸線不變的轉(zhuǎn)動(dòng)軸稱為定軸，發(fā)生變化的稱為動(dòng)軸，因此對(duì)于刀具擺動(dòng)與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)類型的五軸機(jī)床，不存在動(dòng)軸，無(wú)法區(qū)分兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸。因此為了統(tǒng)一分類方式，本文規(guī)定:從工件坐標(biāo)系看，運(yùn)動(dòng)軸線方向不變的轉(zhuǎn)動(dòng)軸為定軸，軸線方向可以發(fā)生變化的為動(dòng)軸。同時(shí)依據(jù)JB3051-99，當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由工作臺(tái)帶動(dòng)工件完成時(shí)，用加“‘”的字母表示該轉(zhuǎn)動(dòng)軸;當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由刀具完成時(shí)，用未加“’”，的字母表示該轉(zhuǎn)動(dòng)軸。綜合三種基本類型及定、動(dòng)軸定義的五軸機(jī)床分類如表2-1所示:類型刀具雙擺動(dòng)工作臺(tái)雙回轉(zhuǎn)刀具擺動(dòng)與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)定軸CABCABCAB動(dòng)軸A/BBAA/BBAA/BBA表2-1中給出了轉(zhuǎn)動(dòng)軸不同配置的12類五軸機(jī)床，常見的五軸機(jī)床基本上均可以劃分到12類中的某一類中。2.2多體系統(tǒng)描述的基本方法多體系統(tǒng)是指由多個(gè)剛體或柔體通過(guò)某種形式聯(lián)接而成的復(fù)雜系統(tǒng)。多體系統(tǒng)理論研究?jī)?nèi)容包括運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面，其中運(yùn)動(dòng)學(xué)是動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。2.3多體系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其低序體陣列描述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是對(duì)多體系統(tǒng)本質(zhì)的高度提煉和概括，是研究多體系統(tǒng)的依據(jù)和基礎(chǔ)。由休斯敦和劉又午在20世紀(jì)70年代提出的低序體陣列描述方法，是一種適于計(jì)算機(jī)自動(dòng)描述多體系統(tǒng)的方法。因?yàn)殚]環(huán)形式的多體系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)化為帶有特定約束的開環(huán)多體系統(tǒng)，因此以開環(huán)多體系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。多體系統(tǒng)低序體陣列構(gòu)建方法闡述如下:任設(shè)一個(gè)多體系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-1所示，圖中與參考坐標(biāo)系固連的體為體B0，與之相連的體為體B1,然后按照遠(yuǎn)離體B0的方向，按自然增長(zhǎng)順序，從一個(gè)分支到另一個(gè)分支，依次為各體編號(hào)。圖2—1多體系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過(guò)下列定義的計(jì)算公式可以得到描述多體系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的低序體陣列:從多體系統(tǒng)中任選一體Bj，體Bj的n階低序體的序號(hào)定義為:Ln(j)=i（2—1）（2—1）式中，L為低序體算子，且稱體馬為體B‘的n階高序體。其滿足:Ln(j)=L（Ln-1(j)）（2—2）且補(bǔ)充定義:L0(j）=j（2—3）Ln(0）=0（2—4）當(dāng)體B，為體B}的相鄰低序體，有:L(j)=i（2—5）由以上定義可以計(jì)算得到圖2-1所示多體系統(tǒng)各體的各階低序體陣列，如對(duì)于體5，其各階低序體陣列為:L(5)=4，L2(5)=1，,L3(5)=0。同理計(jì)算得到其它體的各階低序體序號(hào)。整個(gè)多體系統(tǒng)的低序體陣列如表2-2所示。表2—2多提系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的底序體序列體（j）012345678L0（j）012345678L1（j）001214565L2（j）000101454L3（j）000000141L4（j）000000000L5（j）0000000003.擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床后置算法數(shù)控加工的后置處理是指讀取由CAM系統(tǒng)生成的刀位文件，從中提取相關(guān)的加工信息；并根據(jù)指定數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及NC程序格式要求進(jìn)行分析、判斷和處理；最終生成數(shù)控機(jī)床能直接識(shí)別的NC程序。CAM系統(tǒng)在計(jì)算刀具軌跡時(shí)，假設(shè)工件不動(dòng)，刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)軌跡；而在實(shí)際加工中，刀具和工件的運(yùn)動(dòng)方式多種多樣。因此，必須對(duì)由CAM系統(tǒng)生成的刀位文件進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。后置處理的主要功能之一就是將CAM系統(tǒng)生成的刀位文件中的刀位點(diǎn)坐標(biāo)和刀軸矢量轉(zhuǎn)換成機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。目前，五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等零件加工的唯一手段。該技術(shù)具有技術(shù)含量高、精密度高、適于加工復(fù)雜曲面的特點(diǎn)，對(duì)一個(gè)國(guó)家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)具有重要的意義。采用的CAM系統(tǒng)是UGNX，其擁有通用的后置處理模塊。但是在UGNX中：五軸后置處理速度較慢，不能令人滿意；TCL語(yǔ)言可用于編寫用戶代碼，但是不能實(shí)現(xiàn)一些特殊的功能。故用C++語(yǔ)言開發(fā)專用的后置處理程序，將UGNX的CLSF文件處理成G代碼文件。加工中心的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式及控制系統(tǒng)機(jī)床為日本某公司出品的BTU-14五軸加工中心，如圖1所示。該機(jī)床五個(gè)軸分別是X、Y、Z、A和C，其運(yùn)動(dòng)形式，如圖2所示。三個(gè)線性軸X、Y、Z；C軸為工作臺(tái)繞Z軸旋轉(zhuǎn)，為EIA（360°絕對(duì)）；A軸為主軸繞X軸旋轉(zhuǎn)，其行程范圍為（-120～+30）°。圖1機(jī)床照片3.1后置處理算法加工坐標(biāo)系與編程坐標(biāo)系在三軸加工中，加工坐標(biāo)系和編程坐標(biāo)系是同一個(gè)概念，沒有區(qū)別。對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng)加工，如果機(jī)床控制系統(tǒng)不具有RTCP功能，則加工坐標(biāo)系（即NC程序所用的坐標(biāo)系）原點(diǎn)一般只能置于工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心上；編程坐標(biāo)系（即刀位文件所用的坐標(biāo)系）原點(diǎn)為了編程方便，通常置于工件上，與機(jī)床無(wú)關(guān)，故又稱為工件坐標(biāo)系。如圖3所示，帶M下標(biāo)的是加工坐標(biāo)系，其原點(diǎn)置于工作臺(tái)上表面中心；帶P下標(biāo)的是編程坐標(biāo)系，其原點(diǎn)置于工件上表面中心。工件在工作臺(tái)上的裝夾位置可以隨意。初始狀態(tài)下，操作者除了通過(guò)對(duì)刀找到加工坐標(biāo)系原點(diǎn)，還要得出編程坐標(biāo)系原點(diǎn)在加工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，以備后置處理程序使用，如圖3所示。

圖3加工坐標(biāo)系與編程坐標(biāo)系4.五軸聯(lián)動(dòng)后置處理的編寫與驗(yàn)證4.1任務(wù)的來(lái)源2001年冬，本中心購(gòu)置了一臺(tái)由瑞士MIKRON品牌的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，型號(hào)為——UCP710。如圖1所示，此機(jī)床為工作臺(tái)雙擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，（俗稱：Table—Table雙擺臺(tái)）。通過(guò)X/Y/Z三個(gè)線性軸、定軸A軸的擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)軸C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工。該機(jī)床的控制系統(tǒng)是德國(guó)的HeidenhaiiTNC430。目前，后置處理文件是計(jì)算機(jī)輔助制造軟件中CAM與機(jī)床控制系統(tǒng)之間溝通的橋梁，是實(shí)現(xiàn)多軸加工的關(guān)鍵之一。同時(shí)本中心現(xiàn)配有CAD/CAM軟件——UG，為了讓UCP710早日投入到教學(xué)與生產(chǎn)加工，我們必須解決后置處理的問(wèn)題?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)多軸機(jī)床后置處理程序的開發(fā)已慢慢開始發(fā)展，但很多的資源還要通過(guò)國(guó)外進(jìn)行技術(shù)支持。即使客戶選購(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多軸加工編程的軟件，但還要額外支付昂貴的后置開發(fā)費(fèi)用才能實(shí)現(xiàn)軟件與機(jī)床的“通訊”。開發(fā)通用的編寫后置處理工具軟件，可以有效地保證NC程序正確性，提高編程人員的后置處理技術(shù)以及效率，還可以把零件加工信息（如圖號(hào)、工序號(hào)、刀具規(guī)格、程序加工時(shí)間等參數(shù)）嵌入NC程序中，提高加工的安全性，增加程序的可讀性，減少操作人員的人為加工誤差。4.2UCP710post開發(fā)的過(guò)程目前，常用的后置處理方法主要有以下兩種：第一種，利用CAD/CAM軟件的通用后置處理模塊，定義\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式，通過(guò)選取\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"CAD/\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"CAM軟件提供的機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)，定義某一類型或某臺(tái)\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"數(shù)控機(jī)床的后置處理。如PowerMILL的PM—post模塊，UG的UGPOSTBULD模塊；第二種，利用VC++計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，按\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)的編程規(guī)范，歸納出計(jì)算空間點(diǎn)坐標(biāo)的數(shù)學(xué)公式，通過(guò)編制專用的后置處理程序并生成可執(zhí)行文件，定義\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"數(shù)控機(jī)床的后置處理。在這我們只對(duì)第一種方法進(jìn)行討論。首先在做后置前要熟悉機(jī)床參數(shù)。1）MikronUCP710的機(jī)床技術(shù)參數(shù)：Xaxis710mmYaxis500mmYaxiswithtoolchengerinswitchoffposition650mmZaxis500mmA軸：行程:-30～120C軸轉(zhuǎn)角：-360～+360連續(xù)工作臺(tái)面：600×600主軸轉(zhuǎn)速(r／min)：100～42000rpm功率：35KW快速進(jìn)給：30000(mm/min)

圖1UCP710如上圖所示在機(jī)床結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)注意我們假定工件不動(dòng)、刀具運(yùn)動(dòng)，在此前提下來(lái)看A軸和C軸的擺動(dòng)，此時(shí)符合笛卡爾坐標(biāo)系(直角坐標(biāo)系)下的右手定則；而工作臺(tái)A軸和C軸的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)方向是與右手定則相反的。下來(lái)我們啟動(dòng)UGPOSTBUID后置處理模塊，第一步：新建后置文件，文件名為：ucp710。確定機(jī)床的類型、公/英制、機(jī)床的操作系統(tǒng)(如下圖所示)第二步：設(shè)定軸的極限、軸向定義。點(diǎn)擊設(shè)置如下的參數(shù)，他們是機(jī)床的行程極限與刀軸的矢量。進(jìn)入，在這個(gè)對(duì)話框里設(shè)置第四軸（即A軸）參數(shù)。最關(guān)鍵的參數(shù)是定義A軸行程極限。然后點(diǎn)擊指定機(jī)床軸與平面的關(guān)系，在AC或BC擺角的五軸加工中，由于A角有一定的限程，當(dāng)A坐標(biāo)連續(xù)插補(bǔ)過(guò)大時(shí)就會(huì)造成A向反向旋轉(zhuǎn)。在加工中A反向旋轉(zhuǎn)，很容易銑傷零件。為了解決這一問(wèn)題，常用的方法就是采用法向抬刀。如下圖選擇Retract/Re-Engage第三步：設(shè)定程序開始部分、刀軌移動(dòng)部分、程序結(jié)束部分。1)進(jìn)入在startofprogram程序塊里添加程序名、毛坯大小、取消最小角度轉(zhuǎn)動(dòng)功能與取消TCPM功能。如下圖2)進(jìn)入在operationStartSequence程序塊里添加刀具、啟動(dòng)M126、TCPM（M128）、公差等，如下圖注意：M126是最小角度轉(zhuǎn)動(dòng)功能M126，它是取消第四軸C軸的液壓鎖緊，確保聯(lián)動(dòng)。TCPM(ToolCenterPointManagement刀具中心點(diǎn)管理)指令是多軸后置處理軟件簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)意義上的后置處理軟件（即不具備TCPM功能），必須輸入刀軸的回轉(zhuǎn)中心距(刀軸擺動(dòng)式)或轉(zhuǎn)臺(tái)兩軸線(轉(zhuǎn)臺(tái)擺動(dòng)式)的位置關(guān)系，后置處理程序才能完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；隨著控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的控制系統(tǒng)廠家在其高端產(chǎn)品中都加入了上述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的功能，如Heidenhain的M128指令就是上述功能。打開M128，工件的坐標(biāo)原點(diǎn)可以任意設(shè)置，由控制系統(tǒng)計(jì)算工件坐標(biāo)和各轉(zhuǎn)軸軸線的關(guān)系，加工準(zhǔn)備更為簡(jiǎn)單方便，還可以在程序中保證刀尖的進(jìn)給速度恒定。對(duì)于后置處理軟件來(lái)說(shuō)，可以略去上述的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的計(jì)算，后置處理軟件的開發(fā)難度降低，生成的加工程序在同類型設(shè)備中具有相對(duì)更大的通用性。要注意的是程序在結(jié)束抬刀前與換刀前應(yīng)用M129即取消TCPM功能。

3）進(jìn)入設(shè)定刀軌移動(dòng)關(guān)系A(chǔ)、編輯X并設(shè)定Expression為$mom_alt_pos(0)

編輯Y并設(shè)定Expression為$mom_alt_pos(1)編輯Z并設(shè)定Expression為$mom_alt_pos(2)B、設(shè)定如下*注意1：編輯X并設(shè)定Expression為$mom_alt_pos_arc_center(0)編輯Y并設(shè)定Expression為$mom_alt_pos_arc_center(1)編輯Z并設(shè)定Expression為$mom_alt_pos_arc_center(2)注意2：編輯X并設(shè)定Expression為$mom_alt_pos(0)編輯Y并設(shè)定Expression為$mom_alt_pos(1)編輯Z并設(shè)定Expression為$mom_alt_pos(2)C、添加如下語(yǔ)程序注意rap1Expression為$mom_alt_pos(0)rap2Expression為$mom_alt_pos(1)rap3Expression為$mom_alt_pos(2)AExpression為$mom_out_angle_pos(0)CExpression為$mom_out_angle_pos(1)4）：設(shè)定程序結(jié)束前的機(jī)床動(dòng)作，其中包括按順序排列取消TCPM，關(guān)閉切削油，停止主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Z軸抬到安全的位置以便AC軸回原點(diǎn)。進(jìn)5）：設(shè)定程序結(jié)束最后保存退出，在保存目錄下會(huì)生成這三個(gè)文件分別是：ucp710.defucp710.tclucp710.pui6）：運(yùn)用UG編寫刀具軌跡。如下圖，我們采用多軸加工模塊，選擇變軸加工方式，然后選擇curve/point的驅(qū)動(dòng)方式，并選擇NormaltoPart刀軸控制，其他的參數(shù)按常用的公共參數(shù)設(shè)置。程序編好后選擇已經(jīng)編寫好的后置處理（UCP710）如下圖所示：按OK后生成NC代碼如下：============================================================Informationlistingcreatedby:YWMDate:2007-4-2511:14:00Currentworkpart:E:\TEXTPOST\text_post-1.prtNodename:ywmacer============================================================0BEGINPGMtext_post-1MM1;ARQUIVO:E:\TEXTPOST\text_post-1.prt2;FEITOPOR:YWM4;MIKRON:ITNC4305;6;POSPROCESSADOR:E:\WORK\POST\UG\5A\MIKRON_ORG.TCL7;REVISAO:-DATA:3/11/068;9M12610;11;====OPERACAO:VARIABLE_CONTOUR_COPY-FERR.:T0R312;==============================================================13CYCLDEF7.0DATUMSHIFT14CYCLDEF7.1#115;====TROCADEFERRAMENTA====16LM12917TOOLCALL1ZS10000DL0.0DR0.018LM319LZ-60.FMAXM9122LZ300.23LM128F200.20LA90.C317.624FMAX24LX-16.513Y-18.099F200.M825LX-16.493Y-18.077Z101.211A87.167F3000.26LX-16.437Y-18.016Z102.34A84.51927LX-16.354Y-17.925Z103.392A82.04128LX-16.248Y-17.809Z104.372A79.72229LX-16.124Y-17.674Z105.282A77.5530LX-15.988Y-17.524Z106.128A75.51631LX-15.842Y-17.364Z106.913A73.6132LX-15.689Y-17.196Z107.642A71.82433LX-15.532Y-17.024Z108.319A70.1534LX-15.201Y-16.662Z109.568A67.01235LX-14.875Y-16.304Z110.637A64.26736LX-14.561Y-15.96Z111.553A61.86437LX-14.266Y-15.636Z112.338A59.76138LX-13.991Y-15.336Z113.012A57.9239LX-13.476Y-14.77Z114.16A54.69440LX-13.06Y-14.315Z114.992A52.27241LX-12.733Y-13.956Z115.6A50.45242LX-12.217Y-13.391Z116.483A47.71943LX-11.672Y-12.793Z117.331A44.97844LX-11.081Y-12.146Z118.165A42.14845LX-10.543Y-11.556Z118.856A39.68146LX-10.058Y-11.025Z119.43A37.52647LX-9.623Y-10.547Z119.91A35.64348LX-9.233Y-10.12Z120.312A33.99749LX-8.534Y-9.354Z120.974A31.11950LX-7.996Y-8.764Z121.436A28.96151LX-7.167Y-7.855Z122.072A25.72352LX-6.314Y-6.92Z122.638A22.47953LX-5.557Y-6.091Z123.071A19.66654LX-4.884Y-5.353Z123.404A17.20455LX-4.288Y-4.7Z123.66A15.0556LX-3.761Y-4.123Z123.856A13.16657LX-3.297Y-3.614Z124.007A11.51858LX-2.479Y-2.717Z124.222A8.63559LX-1.862Y-2.041Z124.344A6.47360LX-.932Y-1.021Z124.461A3.23561LX-.466Y-.511Z124.49A1.61762LX0.0Y0.0Z124.5A0.063LX.808Y.886Z124.471A2.806C137.62464LX1.516Y1.661Z124.397A5.26665LX2.133Y2.338Z124.295A7.42166LX2.67Y2.927Z124.177A9.30767LX3.139Y3.44Z124.053A10.95868LX3.952Y4.331Z123.788A13.84669LX4.555Y4.992Z123.55A16.01170LX5.002Y5.483Z123.349A17.63371LX5.665Y6.209Z123.013A20.06472LX6.316Y6.923Z122.637A22.4973LX7.055Y7.733Z122.151A25.29374LX7.689Y8.427Z121.682A27.7575LX8.232Y9.023Z121.238A29.90376LX8.699Y9.534Z120.825A31.78977LX9.099Y9.974Z120.445A33.43978LX9.782Y10.722Z119.738A36.32879LX10.278Y11.266Z119.175A38.49480LX10.64Y11.662Z118.736A40.11781LX11.167Y12.239Z118.049A42.5582LX11.672Y12.794Z117.33A44.9883LX12.23Y13.405Z116.462A47.78584LX12.694Y13.914Z115.669A50.24285LX13.082Y14.339Z114.951A52.39486LX13.406Y14.694Z114.305A54.27787LX13.678Y14.992Z113.726A55.92688LX14.126Y15.484Z112.687A58.81389LX14.439Y15.827Z111.886A60.97990LX14.661Y16.069Z111.274A62.60491LX14.971Y16.409Z110.338A65.04192LX15.253Y16.719Z109.384A67.4893LX15.546Y17.039Z108.261A70.29494LX15.77Y17.285Z107.264A72.75395LX15.943Y17.474Z106.382A74.90296LX16.075Y17.62Z105.602A76.78297LX16.177Y17.731Z104.915A78.42898LX16.323Y17.891Z103.702A81.3199LX16.406Y17.982Z102.784A83.475100LX16.452Y18.033Z102.092A85.102101LX16.498Y18.083Z101.049A87.547102LX16.513Y18.099Z100.A90.103L104;ZERARANGULOS105LM129106LZ-60.FMAXM91107LA0.0C0.0FMAX108;TempoTotaldeUsinagem:0.2min.109M30110ENDPGMtext_post-1MM最后，能過(guò)Vericut反讀后處理的代碼進(jìn)行模擬切削運(yùn)動(dòng)，從而驗(yàn)證開發(fā)出的后置文件是否安全？是否合理？能否真正投入生產(chǎn)當(dāng)中。Vericut是美國(guó)CGTech公司開發(fā)的一款集數(shù)控加工仿真、干涉校驗(yàn)、工時(shí)工況分析、代碼優(yōu)化等多種功能于一體的軟件。該系統(tǒng)可以以虛擬現(xiàn)實(shí)的方式建立數(shù)控機(jī)床、刀具、夾具和毛坯模型，在刀位數(shù)據(jù)或NC代碼的驅(qū)動(dòng)下模仿金屬切削加工中走刀軌跡和材料被切除的過(guò)程，使用戶以直觀的方式對(duì)工藝規(guī)劃的合理性進(jìn)行評(píng)估，對(duì)是否存在干涉進(jìn)行校驗(yàn)，并優(yōu)化走刀軌跡和NC代碼。VERICUT軟件已廣泛應(yīng)用于航空、模具制造等行業(yè)，其最大特點(diǎn)是可針對(duì)各種不同CNC系統(tǒng)通過(guò)反讀數(shù)控代碼進(jìn)行模擬仿真工作，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置處理的NC程序，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中安全，高效的目的。Vericut分以下幾步去完成一、建立機(jī)床模型：裝配時(shí)要注意部件之間的運(yùn)動(dòng)聯(lián)接之間的關(guān)系。二、選擇控制系統(tǒng)文件（本例機(jī)床的操作系統(tǒng)是HeidenhainTNC430）。三、建立刀具庫(kù)。四、導(dǎo)入加工毛坯。五、設(shè)定加工坐標(biāo)系六、添加加工程序（即NC程序）最后模擬結(jié)果如圖，證明我們開發(fā)的后置是正確的。在UCP710POST的最終測(cè)試過(guò)程中，五軸聯(lián)動(dòng)加工測(cè)試的內(nèi)容是一個(gè)葉輪，程序運(yùn)行正常。但由于實(shí)際情況多種多樣，無(wú)法完全預(yù)見。我們?nèi)詮?qiáng)調(diào)應(yīng)遵循G代碼“先仿真后實(shí)際加工”的原則。通過(guò)UCP710POST的開發(fā)和應(yīng)用，我們解決了車間數(shù)控加工中的急需，為五軸加工中心UCP710在生產(chǎn)中充分發(fā)揮作用打下了基礎(chǔ)。同時(shí)，我們積累的多軸后置處理軟件的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)．將為后續(xù)其它的通用后置處理軟件的后置設(shè)計(jì)起到借鑒作用。5.軸數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)位置測(cè)定與加工設(shè)置五軸加工\o"數(shù)控機(jī)床"\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"數(shù)控機(jī)床根據(jù)旋轉(zhuǎn)部件的運(yùn)動(dòng)方式不同，可歸納為雙轉(zhuǎn)臺(tái)、雙擺頭和一轉(zhuǎn)臺(tái)一擺頭三種形式。雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)包括三個(gè)直線坐標(biāo)軸X、Y、Z和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐B(A)、C，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該種結(jié)構(gòu)是中、小A型五軸加工機(jī)床采用較多的一種結(jié)構(gòu)形式，其優(yōu)點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)有足夠的行程范圍，\o"工藝"\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"工藝性好，適合中小型體零件的五面粗、精銑削加工，機(jī)床能在加工時(shí)減少裝夾次數(shù)，達(dá)到高效率、高精度、高可靠性的要求。5.1五軸加工設(shè)置內(nèi)容介紹零件在進(jìn)行五軸加工時(shí)主要設(shè)置的內(nèi)容有：編程方式選擇及轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心到擺動(dòng)中心位置偏置設(shè)置、編程零點(diǎn)到c軸中心位置偏置設(shè)置、加工工件坐標(biāo)系的位置偏置設(shè)置、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償設(shè)置、機(jī)床五軸RTCPJJIJ工設(shè)置及。下面以廣數(shù)GSK25i五軸數(shù)控系統(tǒng)、CAXA制造工程師2011軟件五軸后置處理為例，介紹雙轉(zhuǎn)臺(tái)式五軸數(shù)控加工中心的加工設(shè)置與機(jī)床精度的測(cè)量、調(diào)整方法。5.2旋轉(zhuǎn)軸與直線軸的位置偏置(1)旋轉(zhuǎn)中心到擺動(dòng)中心偏置距離測(cè)量如圖2所示，具體操作方法如下：第1步：通過(guò)旋轉(zhuǎn)B軸，采用打表方式校平、校正C軸，使c軸平面與z軸垂直，然后在C軸上安裝一圓棒，旋轉(zhuǎn)C軸銑出圓棒直徑為D，最后對(duì)圓棒進(jìn)行分中，找出XYZ車由的坐標(biāo)系零點(diǎn)位置坐標(biāo)C，使C軸旋轉(zhuǎn)軸軸線與Z軸軸線重合，在機(jī)床坐標(biāo)相對(duì)坐標(biāo)系中將X、B軸坐標(biāo)清零。第2步：手動(dòng)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸B軸至90°位置，采用打表方式校正B軸使C軸平面與Z軸軸線平行，然后移動(dòng)X軸，用百分表或分中棒對(duì)C軸平面進(jìn)行多次校準(zhǔn)取平均值，使z軸軸線位于旋轉(zhuǎn)軸C軸平面上，aOz軸軸線到旋轉(zhuǎn)軸C軸平面的距離為0，所移動(dòng)的距離為L(zhǎng)(z’+x’)，最后移動(dòng)z、y軸，采用打表方式，測(cè)出圓柱旋轉(zhuǎn)后(B軸相對(duì)坐標(biāo)90°位置)其側(cè)面至旋轉(zhuǎn)前(B軸相對(duì)坐標(biāo)0度位置)的高度值日。依據(jù)以上步驟得出c軸旋轉(zhuǎn)中,GNB軸擺動(dòng)中心的偏置值：X軸方向?yàn)椋篨'=(H+D／2-L)／2Z軸方向?yàn)椋簔'=(H+D／2+L)／2另外，上述偏置坐標(biāo)中均采用已測(cè)得的絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)x方向測(cè)得值為一L時(shí)，偏置值為X’，X方向測(cè)得值為L(zhǎng)時(shí)，偏置值為一x’；當(dāng)z方向測(cè)得值為H時(shí)，偏置值為Z'，Z方向測(cè)得值為H時(shí)，z軸方向偏置值為-Z'。(2)零件編程零點(diǎn)到C軸中心偏置距離測(cè)量如圖3所示，具體操作方法如下：第1步：通過(guò)旋轉(zhuǎn)B軸，采用打表方式校平、校正C軸，使C軸平面與z軸垂直、c軸軸線與z軸軸線重合，記錄機(jī)床的機(jī)械坐標(biāo)(X、Y、B、C)或?qū)⒃撟鴺?biāo)輸入不常使用的六號(hào)工件坐標(biāo)系(G59)中。第2步：安裝、校正夾具。夾具校正時(shí)x方向可采用轉(zhuǎn)動(dòng)c軸的方式進(jìn)行。裝夾加工工件，采用試切法或分中棒對(duì)刀并設(shè)置工件坐標(biāo)系。以1號(hào)工件坐標(biāo)系(G54)為例：在MDI方式下運(yùn)行“G90G54G0X0Y0B0C0”一在機(jī)床相對(duì)坐標(biāo)系中將各坐標(biāo)軸清零一手動(dòng)移動(dòng)機(jī)床坐標(biāo)至第1步操作中記錄機(jī)床的機(jī)床坐標(biāo)(X、Y、B、C)或MDI方式下運(yùn)行“G90G59GOX0Y0B0C0”。此時(shí)，機(jī)床坐標(biāo)相對(duì)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)X、Y就是零件編程零點(diǎn)到c軸中心的偏置(X'、Y')。第3步：Z向坐標(biāo)偏置測(cè)量，采用打表方式移動(dòng)Z軸使百分表位于工件坐標(biāo)系零平面記錄百分表表針位置，在機(jī)床相對(duì)坐標(biāo)系中將z軸坐標(biāo)清零，移動(dòng)Z軸使位于C軸平面表針位置與前面相同。此時(shí)，機(jī)床坐標(biāo)相對(duì)坐標(biāo)系中的坐僦是零件編程坐標(biāo)系D中的編程零點(diǎn)到c軸中心的偏置z’。5.3五軸加工功能刀具中心點(diǎn)控制(RTCP)特征編程的操作和設(shè)置方法(1)使用\o"CAM"\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"CAM軟件后置處理旋轉(zhuǎn)軸位置偏置功能進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)的編程設(shè)置①進(jìn)入CAXA制造工程師軟件后置設(shè)置，選擇廣州數(shù)控BC軸雙工作臺(tái)五軸后置配置文件GSK5XTB／TC，進(jìn)入【多軸】界面，根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)型式與轉(zhuǎn)軸參數(shù)設(shè)置如圖4所示。②進(jìn)入CAXA制造工程師軟件后置設(shè)置，選擇廣州數(shù)控B—C軸雙工作臺(tái)五軸后置配置文件GSK-5X-TB／TC，【多軸2】界面如圖5所示，旋轉(zhuǎn)中心擺動(dòng)中心偏置距離表示以機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸中心為參考的坐標(biāo)系中擺動(dòng)中心的位置坐標(biāo)(X'、Z')(見圖2)。編程零點(diǎn)到C軸中心偏置距離表示以加工工件的輸出坐標(biāo)系O為參考機(jī)床c軸中心的位置坐標(biāo)(X'、Y'、Z')，如圖3所示。③在非數(shù)控系統(tǒng)五軸功能模式下后置程序時(shí)除上述設(shè)置外，需要?jiǎng)h除后置處理程序中的五軸功能G43.4H_等，若需多把刀具進(jìn)行加工、換刀時(shí)只可單獨(dú)使用刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。(2)使用數(shù)控系統(tǒng)五軸加工功能編程時(shí)旋轉(zhuǎn)軸位置偏置的設(shè)置廣州數(shù)控GSK25i數(shù)控系統(tǒng)在五軸加工中用于設(shè)置轉(zhuǎn)軸位置的參數(shù)主要有轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置參數(shù)8020和工作臺(tái)第一旋轉(zhuǎn)軸和工作臺(tái)第二旋轉(zhuǎn)軸的偏置矢量參數(shù)8021，如圖6所示。轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置設(shè)置(參數(shù)8020)：轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置是指裝夾工件的第二旋轉(zhuǎn)軸(C軸)的軸心處“機(jī)床坐標(biāo)值”。以BC雙圖6轉(zhuǎn)臺(tái)為例，此處為C轉(zhuǎn)臺(tái)的軸心位置。當(dāng)對(duì)刀方式不同時(shí)，“機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)值”會(huì)不同，在設(shè)置時(shí)必須要保持和工件坐標(biāo)系同樣的對(duì)刀方式。當(dāng)工件坐標(biāo)系設(shè)置是用主軸端面對(duì)刀時(shí)，此處的“轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置”也必須是用主軸端面降到旋轉(zhuǎn)軸心處時(shí)的“機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)值”。用刀尖對(duì)刀時(shí)，此處的“轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置”也必須是該刀具降到旋轉(zhuǎn)軸心處時(shí)的“機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)值”。當(dāng)換刀時(shí)，如果使用刀具補(bǔ)償，而不是重新設(shè)定工件坐標(biāo)系，此參數(shù)不需要修改，否則必須重新設(shè)定坐標(biāo)系。另外，在測(cè)量時(shí)，必須首先將旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)放置在水平位置。第一旋轉(zhuǎn)軸到第二旋轉(zhuǎn)軸的偏置矢量設(shè)置(參數(shù)8021)：以Bc雙轉(zhuǎn)臺(tái)為例，在數(shù)控系統(tǒng)中第一旋轉(zhuǎn)軸為B軸，第二旋轉(zhuǎn)軸為C軸。該參數(shù)是一個(gè)矢量，矢量起點(diǎn)為主動(dòng)軸軸心，終點(diǎn)為從動(dòng)軸軸心，參照為機(jī)床坐標(biāo)系。如果C轉(zhuǎn)臺(tái)在B轉(zhuǎn)臺(tái)之上，此參數(shù)為正；如果C轉(zhuǎn)臺(tái)在B轉(zhuǎn)臺(tái)之下，此參數(shù)為負(fù)。即表示以機(jī)床擺動(dòng)中心為參考的坐標(biāo)系中旋轉(zhuǎn)軸中心的位置坐標(biāo)。第一旋轉(zhuǎn)軸B軸到第二旋轉(zhuǎn)軸c軸的偏置距離測(cè)量同圖2中旋轉(zhuǎn)中心到擺動(dòng)中心偏置距離測(cè)量，其矢量方向相反坐標(biāo)參考軸為B軸。使用五軸加工功能程序后處理：當(dāng)使用五軸加工功能刀具中心點(diǎn)控制(RTCP)、特征編程(傾斜面Diem)功能時(shí)，不需要在后處理程序提供機(jī)床類型和結(jié)構(gòu)方面的參數(shù)，只要旋轉(zhuǎn)軸類型相同，可以通用于雙轉(zhuǎn)臺(tái)，擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)和雙擺頭機(jī)床。以BC雙轉(zhuǎn)臺(tái)為例，構(gòu)建后處理器時(shí)選擇雙擺頭方式。旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置為Bc方式，機(jī)床坐標(biāo)軸偏置參數(shù)設(shè)置為0。這樣經(jīng)過(guò)后處理的坐標(biāo)值就和特定的機(jī)床參數(shù)沒有關(guān)系了。然后手工添加刀具中心點(diǎn)控制G43.4_心點(diǎn)控制取ING49，程序就可在機(jī)床運(yùn)行、加工。全面地介紹了五軸雙轉(zhuǎn)臺(tái)式機(jī)床加工設(shè)置方法及其五軸加工程序后置設(shè)置等方面的內(nèi)容，并詳細(xì)說(shuō)明了五軸機(jī)床參數(shù)設(shè)置時(shí)旋轉(zhuǎn)軸、擺動(dòng)軸的位置偏置與坐標(biāo)值的測(cè)量方法、技巧。同時(shí)，也為其他形式多軸\o"數(shù)控機(jī)床"\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"數(shù)控機(jī)床的加工設(shè)置提供了參考。在UCP710POST的最終測(cè)試過(guò)程中，五軸聯(lián)動(dòng)加工測(cè)試的內(nèi)容是一個(gè)葉輪，程序運(yùn)行正常。但由于實(shí)際情況多種多樣，無(wú)法完全預(yù)見。我們?nèi)詮?qiáng)調(diào)應(yīng)遵循G代碼“先仿真后實(shí)際加工”的原則。通過(guò)UCP710POST的開發(fā)和應(yīng)用，我們解決了車間數(shù)控加工中的急需，為五軸加工中心UCP710在生產(chǎn)中充分發(fā)揮作用打下了基礎(chǔ)。同時(shí)，我們積累的多軸后置處理軟件的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)．將為后續(xù)其它的通用后置處理軟件的后置設(shè)計(jì)起到借鑒作用。6.總結(jié)與展望6.1工作總結(jié)五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)的推廣使用，是目前高性能數(shù)控加工技術(shù)亞需解決的一大難題，而其中具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的商用五軸后置處理器更是嚴(yán)重阻礙了國(guó)產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的推廣普及，現(xiàn)如今諸多機(jī)械制造企業(yè)通過(guò)高價(jià)購(gòu)買國(guó)外CaD/CAM軟件以獲得高質(zhì)量的商用后置處理器。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文結(jié)合國(guó)產(chǎn)龍門式雙擺頭五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，建立起五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并推導(dǎo)出相應(yīng)的后置處理算法，然后著力研究了非線性誤差補(bǔ)償、工裝旋轉(zhuǎn)誤差補(bǔ)償及五軸機(jī)床的TCP功能控制等問(wèn)題，最后以分流式葉輪為試驗(yàn)對(duì)象，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的后置處理器的正確性和高效性。并具有如下創(chuàng)新點(diǎn):（1）目前，多數(shù)工裝旋轉(zhuǎn)誤差補(bǔ)償研究均基于雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，以雙擺頭五軸聯(lián)動(dòng)